Technologie : structure des ouvrages

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1 Technologie : structure des ouvrages 1

2 Technologie : structure des ouvrages Plan des interventions (8h00) : Bases de la conception d'un bâtiment Découpage fonctionnel d'un bâtiment Gros œuvre (GO) : éléments porteurs d une structure Les actions à considérer Les principes d'équilibre d'un ouvrage Les effets dans la structure Le pré- dimensionnement Acier, béton, bois : triptyque de base Eléments de présentations et critères de choix 2

3 1 - Découpage fonctionnel d'un ouvrage Fonctions Eléments GO Actions Équilibres Effets Dimensions Superstructure Toiture / couverture Ossature = structure porteuse = gros œuvre GO Enveloppe extérieure de superstructure Équipements, décoration, habillage = second œuvre Infrastructure Structure porteuse en sous-sol & fondations Enveloppe extérieure d'infrastructure 3

4 Fonctions des FONDATIONS Définition : On appelle Fondations les éléments constituant l assise de l ouvrage sur le sol de construction. Fonctions : Les fondations sont conçues pour assurer les différents équilibres de l ouvrage : - transmettre des charges au sol - gérer les déformations du sol sous l application de charges - assurer l équilibre global de l ouvrage 4

5 Infrastructures Fondations semelles filantes ou continues de fondations Solution économique / applicable si sol bon = résistance mécanique suffisante + pas de tassements de sol importants Transmettent les charges d un mur au sol et assurent l équilibre de l ouvrage Les fondations en béton armé peuvent être coulées dans des rigoles (à même le sol) 5

6 Les semelles peuvent être coffrées (le coffrage sert de «moule») si le sol ne permet pas un coulage direct Ferraillage des semelles (béton armé = béton + ferraillage en acier) 6

7 coulage du béton au camion toupie + goulotte de coulage (Béton Prêt à l Emploi BPE) Infrastructures Fondations : semelles isolées sous poteau 7

8 Infrastructures Fondations profondes de type «pieux» Transmission des charges en profondeur pour trouver suffisamment de «portance» dans le sol

9 et pourquoi pas? Pieux énergétique = avec des tubes + un fluide caloporteur pour récupérer la chaleur du sol RETOUR 9

10 Fonctions de la Structure de l ouvrage Définition La structure constitue l ossature ou le «squelette» d un ouvrage. On a pour coutume d appeler «Gros-Œuvre» l ensemble des travaux constitutifs de la structure d un ouvrage en béton armé. Fonctions La structure est conçue pour supporter l ensemble des charges appliquées à l ouvrage. Elle «reprend» et transmet ces charges de la toiture jusqu aux fondations Voir leçon 2 RETOUR 10

11 Fonctions des toitures Définition Les toitures sont la partie supérieure couvrante des ouvrages. Elles sont constituées généralement de deux éléments principaux : - la couverture - la charpente assurant le support de couverture. On distingue principalement les «toitures à pans» et les «toituresterrasses» Fonctions Les toitures font partie intégrante de «l enveloppe» de l ouvrage, ensemble faisant séparation entre intérieur / extérieur. 11

12 Toitures à pans : terminologie Toitures différents types Toiture en pente (différentes couvertures possibles ) 12

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15 Eléments de couverture des toitures à pans Tuiles Ardoises Bardeaux Zinc Bacs Panneaux divers Matières végétales 15

16 TUILES TERRE CUITE Les toitures en tuiles en terre cuite sont les plus répandues en France car elles offrent de nombreux avantages : solidité, ininflammabilité et durabilité. De plus, elles sont esthétiques et vieillissent bien (la terre cuite se patine avec le temps). Tuiles «canal» 16

17 Tuiles «plates» 17

18 Les tuiles dites «mécaniques» sont plates ou «canal» mais sont prévues pour «s accrocher» les unes aux autres 18

19 Tuiles utilisées en «bardage» 19

20 Tuiles «photovoltaïques» 20

21 Panneaux photovoltaïques faisant office de couverture 21

22 Ardoises Les ardoises se fixent individuellement et exigent un taux de recouvrement important 22

23 Bardeaux Les Bardeaux sont assimilables à des tuiles plates en bois 23

24 Bardeaux utilisés en «bardage» de façade 24

25 Couverture en zinc 25

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28 Couverture bacs aciers 28

29 Bac acier à isolation thermique incorporée 29

30 Toitures différents types Toiture terrasse 30

31 Classification des toitures terrasses Selon leur utilisation 31

32 Acrotère = relevé périphérique de la structure Eléments constitutifs Source : Siplast 32

33 Protections possibles Revêtement d étanchéité RETOUR 33

34 Fonctions de l enveloppe Fonctions Mécanique Acoustique Thermique Visuelles Objectifs Equilibre mécanique si des éléments de la structure porteuse sont intégrés dans l enveloppe Isolation des espaces intérieurs des bruits venant de l extérieur & vice-versa pour certains projets Limitation des échanges de chaleur intérieur vers extérieurs (hiver) ou le contraire (été) Recherche des apports solaires de chaleur (hiver) Recherche d un éclairage naturel Optimiser les vues sur l extérieur Préservation de l intimité 34

35 Fonctions Esthétiques Etanchéité à l eau Objectifs Insertion dans l espace environnant Valeurs symboliques ou identitaires recherchées Techniquement parlant, les façades d un ouvrage ne sont pas forcément et obligatoirement étanches à l eau Sécurité Préservation des intrusions (extérieur intérieur) Préservation d une étanchéité (intérieur extérieur) L enveloppe d un ouvrage assure donc plusieurs fonctions parfois incompatibles voire contradictoires RETOUR 35

36 UE6 Fonctions GO Actions Équilibres Effets Dimensions Bases de la conception d'un bâtiment Découpage fonctionnel d'un bâtiment * aucune approche normalisée existante pour un tel découpage en «famille d'éléments... * certains éléments peuvent intégrer différentes familles ; exemple : Une toiture terrasse doit être à la fois porteuse comme un plancher et fait partie de l'enveloppe extérieure également... Les marchés publics de travaux reconnaissant la liste suivante des travaux de bâtiment (classification par «Corps d'état»= selon des domaines de techniques et compétences professionnelles) : 36

37 UE6 Bases de la conception d'un bâtiment Ascenseurs Elévateurs Charpente Chauffage Ventilation Couverture Zinguerie Electricité Agencements Mobilier Etanchéité Fondations Gros oeuvre GO Menuiserie Fermetures Peinture Ravalement Plomberie Sanitaires Plâtrerie / isolation Revêtements sols/murs Serrurerie Métallerie Vitrerie Miroiterie Structure porteuse Enveloppe Second œuvre 37

38 2 Les éléments du gros œuvre Fonctions Eléments GO Actions Équilibres Effets Dimensions Quelque soit l ouvrage, une structure s interprète comme un assemblage : * d éléments porteurs verticaux : éléments ponctuels (type poteaux) ou linéaires (type murs) qui reprennent et transmettent les charges verticales appliquées à la structure de la toiture jusqu aux fondations. * d éléments porteurs horizontaux : Toute la gamme des éléments composant les planchers sur lesquels s'appliquent des charges qu'ils transmettent alors aux porteurs verticaux 38

39 21 Porteurs verticaux type poteaux : * Un poteau de section rectangulaire ou approchante peut être appelé «pilier» * Un poteau de section circulaire ou approchante peut être appelé «colonne» * Un poteau de pont peut être appelé «pile» Les poteaux peuvent être pleins ou creux, en acier, béton, bois.. réalisés sur place ou préfabriqués en usine. 39

40 Poteaux béton de parking après achèvement gros œuvre Poteaux piliers de la cité radieuse (le Corbusier) Firminy

41 Poteaux béton en cours de réalisation Piliers réalisés et en cours de coffrage Coffrages «carton» pour couler un poteau : simple, efficace, 1 seule utilisation, nécessité d'étayer pour stabiliser et régler en phase chantier 41

42 Coffrage spécifique pour poteau Particularités de la «Sagrada familia» - Gaudi, 42

43 Poteaux colonnes bâtiment Johnson (Franck Llyod Wright) Les poteaux sont creux, évasés et s'ouvrant en corolle support de plancher en partie sup... Poteau incliné sur ouvrage en cours de réalisation ; on remarquera le «nez de dalle».. 43

44 Piles d'ouvrage d'art 44

45 Poteaux béton préfabriqués 45

46 Ouvrages à base de poteaux aciers Gare TGV massy Construction industrielle typique : l'assemblage poteaux poutres crée un portique. Les poteaux reposent sur des éléments de fondation en BA 46

47 Membrure supérieure Âme du profilée Membrure inférieure Les sections peuvent être tubulaires et parfois renforcées de BA coulé à l'intérieur (construction «mixte» = association BA + construction métallique) Les profilés métalliques ont une forme en «I», «T», «H», «U»... 47

48 Les poteaux en fonte font partie du passé 48

49 Ouvrages à base de poteaux bois 49

50 Différents poteaux bois : on remarquera les pièces d'assemblage en «tête et pied» de poteau... 50

51 Maison à «colombage»: structure porteuse faite d'association d'éléments bois porteurs entre lesquels on procède à un remplissage. On parle également de maisons à «pans de bois» 51

52 Troncs de pins Douglas bruts soclés sur platine métallique, supports de couverture «serres photovoltaïques» Bordeaux, architecte F.H Jourda 52

53 UE6 22 Porteurs verticaux type murs : Un mur peut être : * en béton : on parle alors de «voile béton» ou «voile BA (béton armé)» * en maçonnerie = assemblage d'éléments durs et résistants (briques, blocs de béton, pierres...) à l'aide d'un liant hydraulique (élément qui mélangé à l'eau, durcit avec le temps, exemples : ciment, plâtre, argile..) * en bois, verre, terre crue... * réalisé également à l'aide d'éléments préfabriqués en usine... 53

54 Voiles béton en cours de réalisation sur chantier Les armatures du béton armé pour continuer la construction : «aciers en attente» Étaiement provisoire en attendant une résistance correcte du béton 54

55 Voiles béton en cours de réalisation Voile réalisé à l'aide de coffrages outil : les «banches» de coffrage Mise en place à l'intérieur de la banche : - ferraillage BA - «mannequins» et réservations 55

56 Murs en briques pleines Une brique est dite pleine si les vides de sa section de pose sont < 20% ; sinon elles sont dites creuses, perforées.. La façon de poser les briques pour construire le mur constitue «l'appareillage» 56

57 Attention : Brique de parement = élément non porteur mais décoratif 57

58 Murs en BBM = Blocs de béton Manufacturés, ou «parpaings» Les blocs doivent être montés décalés d'un «lit» à un autre ; dimensions usuelles : longueur * hauteur = 50 * 20 épaisseur = 10, 15, 20 cm Blocs creux et pleins 58

59 Murs en briques perforées Blocs spéciaux pour constituer la «feuillure» de pose d'une menuiserie extérieure 59

60 Murs en pierre Maçonnerie sèche = empilement d'éléments sans liants hydrauliques ==> 60

61 Murs massifs en bois 61

62 Murs à panneaux de bois 62

63 Murs en terre massifs ou en brique de terre Terre utilisée comme enduit de remplissage et/ou de décoration 63

64 Murs en paille Association D e t o i e n t o i t 64

65 Les murs en paille sont ils (sur les deux exemples) porteurs? 65

66 Murs à base d'éléments préfabriqués : murs précoffrés... Le panneau est constitué de deux éléments préfabriqués en BA solidarisés par des poutrelles métalliques ; on coule ensuite un béton de remplissage à l'intérieur 66

67 Murs à base d'éléments préfabriqués : blocs de béton à bancher Les blocs sont assemblés / posés à sec sur chantier ; on remplit alors l'intérieur avec du béton 67

68 Les cloisons sont des éléments légers et non porteurs, permettant de fermer des espaces ; on parle parfois de cloisons de «distribution». Les cloisons ne font pas partie du Gros œuvre.. Cloisons à base de plaques de plâtre montées sur rails et montants métalliques. Les raccords entre panneaux doivent être repris par un joint d'enduit 68

69 UE6 Bases de la conception d'un bâtiment Les différents murs... Murs de refend : mur porteur intérieur Murs de façades : ferment les grands côtés d'une construction Murs pignons : ferment les extrémités d'une construction Murs de soutènement : mur assurant l'équilibre de remblais Murs de fondation : partie enterrée des murs allant jusqu'aux fondations 69

70 UE6 Les différentes partie d'un mur de façade... 3 < 5 > * Baies : désigne toutes les ouvertures dans un mur de façades : fenêtres, porte fenêtres, portes 2 * Allèges : partie du mur sous les baies 3 * Imposte : partie du mur au dessus des baies 4 * Trumeau : partie du mur entre deux baies sur toute la hauteur d étage 5 * Linteau : poutre disposées au dessus d une baie 70

71 UE6 Bases de la conception d'un bâtiment Porteurs horizontaux : planchers Ce sont des surfaces porteuses horizontales planes réalisées à partir de : - dalles ou panneaux reposant : - soit sur des poutres, - soit directement sur un porteur vertical mur ou poteau (+rare) Les dalles sont soit : - 100% en béton armé réalisées sur chantier - en béton armé + éléments préfabriqués de différents matériaux - 100% préfabriqués (béton ou bois) posés sur chantier 71

72 Planchers à dalle pleine béton Le plancher est intégralement réalisé sur chantier par du béton coulé en place. Nécessité d'installer des coffrages horizontaux. 72

73 Préparation de l étaiement Pose du platelage bois 73

74 Ferraillage et bétonnage 74

75 1 = Couche de forme ou «hérisson» cailloux 2 = Couche de sable pour niveler 3 = Etanchéité possible 4 = Isolant type polystyrène 5 = Polyane (membrane étanche mince) 6 = Dallage béton Attention! Un dallage est un plancher béton reposant directement sur le sol! 75

76 Plancher type prédalle Les prédalles sont des éléments préfabriqués en usine en béton armé ou quelquefois précontraint. Le principe est de couvrir avec, les surfaces de plancher à réaliser puis de venir réaliser une épaisseur de BA complémentaire La prédalle sert de coffrage. 76

77 ferraillage Béton complémentaire = table de compression prédalles Les prédalles sont posées sur leurs appuis (ici mur à gauche, poutre à droite). On vient ensuite installer un ferraillage complémentaire pour le plancher On coule alors le béton complémentaire 77

78 Plancher poutrelles et entrevous Couche BA complémentaire («Hourdis» béton) Entrevous en béton, brique, polystyrène... Poutrelles posées File d'étaiement provisoire éventuelle Les planchers sont réalisés à l'aide de 3 éléments : - poutrelles BA ou acier préfabriquées - blocs «entrevous» préfabriqués pour couvrir la surface de plancher - béton complémentaire coulé alors par dessus 78

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80 Plancher dalle alvéolaire Processus quasi identique à la réalisation des planchers prédalles... La dalle alvéolaires est un élément préfabriqué de forte épaisseur et grande portée. Elle est évidée pour obtenir un compromis poids / résistance important. On l'utilise pour des planchers à forte charges et/ou grande portée 80

81 Plancher collaborant En lieu et place de prédalles, on utilise des bacs nervurés en acier servant de coffrage et participant à la résistance mécanique du plancher. 81

82 1 = bac acier collaborant 2 & 7= Pièces pour délimiter le bétonnage 4 = poutrelle d étaiement 5 = Béton coulé 6 = ferraillage (treillis soudé TS) Plancher Collaborant Overspeed 82

83 Plancher à panneaux de bois Des panneaux de bois sont assemblés sur des poutres bois («solives») pour former la surface horizontale plane du plancher. La face inférieure est habillée ou laissée telle qu elle est. La face supérieure du plancher reçoit alors un revêtement de sol : parquet bois ou stratifié, moquettes... 83

84 Plancher bois massif Les planchers bois sont parfois préfabriqués par parties Plancher «bois+ béton» : récent 84

85 UE6 Bases de la conception d'un bâtiment Porteurs horizontaux : planchers Les poutres sont réalisées généralement soit : - à partir de béton coulé en place sur chantier ou préfabriquées - en acier ou aluminium - à partir de bois 85

86 Poutres béton Coulées en place : ferraillage (cage d armature à gauche) et coffrage (à droite) 86

87 Poutres béton préfabriquées Pose de 2 poutres préfabriquées sur un poteau : l'ensemble est appelé «nœud» d'assemblage On remarquera le «corbeau» de pose de la poutre (corbeau = élément d'appui en encorbellement, c'est à dire en saillie par rapport à l'élément principal le poteau ici en l'occurrence) Poutre préfabriquée mises en place et étayées 87

88 Stockage & Poutre préfabriquée en «T» de grande portée. 88

89 Poutres métalliques 89

90 Poutres treillis Exemple de treillis 90

91 Le treillis peut être bi ou tri dimensionnel. Il est généralement en métal, en bois, rarement en béton. Avantages : grande résistance, portée Inconvénients : encombrement, temps de fabrication Poutres treillis bidimensionnelles en acier et en bois 91

92 Poutres treillis tri D. 92

93 Les treillis «support de couverture» sont appelés des «fermes» de couverture 93

94 Poutres bois lamellé-collé Le lamellé-collé ou bois lamellé est un procédé de fabrication consistant à coller des lamelles de bois pour obtenir une pièce de grande dimension ou de formes particulières 94

95 Fonctions des éléments de GO (horizontaux &verticaux) Les principales fonctions à remplir sont les suivantes : Murs porteurs Planchers Murs non toiture porteurs, FONCTIONS de façade de refend intermédiaire terrasse cloisons Mécanique OUI NON Isolation thermique OUI Rare Rare OUI Possible Isolation acoustique OUI Possible OUI OUI Possible Étanchéité Possible NON NON OUI NON Sécurité au feu Possible Possible 95